Гэрлийн тусгал. Гэрлийн тусгалын хууль

Физикийн зарим хуулиудыг харааны хэрэглүүргүйгээр төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Энэ нь янз бүрийн объект дээр унах ердийн гэрэлд хамаарахгүй. Ийнхүү хоёр орчинг тусгаарлах зааг дээр, хэрэв энэ хил илүү өндөр байвал гэрлийн цацрагийн чиглэл өөрчлөгдөнө.Энергийнх нь нэг хэсэг нь эхний орчинд буцаж ирэхэд гэрэл үүсдэг. Хэрэв зарим цацраг нь өөр орчинд нэвтэрч байвал хугарна. Физикийн шинжлэх ухаанд хоёр өөр орчны зааг дээр унасан энергийг осол гэж нэрлэдэг ба түүнээс эхний орчинд буцаж ирэх энергийг ойсон гэж нэрлэдэг. Эдгээр цацрагуудын харьцангуй байрлал нь гэрлийн тусгал, хугарлын хуулийг тодорхойлдог.

Нөхцөл

Гэрлийн энергийн урсгалын тусгалын цэг хүртэл сэргээгдсэн хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфэйсийн перпендикуляр шугам ба ослын цацрагийн хоорондох өнцөг гэж нэрлэгддэг Өөр нэг чухал үзүүлэлт байдаг. Энэ бол тусгалын өнцөг юм. Энэ нь туссан туяа болон тусах цэг хүртэл сэргээгдсэн перпендикуляр шугамын хооронд үүсдэг. Гэрэл нь зөвхөн нэгэн төрлийн орчинд шулуун шугамаар тархаж болно. Өөр өөр хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл гэрлийг өөр өөрөөр шингээж, тусгадаг. Тусгал гэдэг нь тухайн бодисын тусгалыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн юм. Энэ нь гэрлийн цацрагаар орчны гадаргуу дээр авчирсан энерги нь ойсон цацрагаар түүнээс гарах энерги хэр их болохыг харуулдаг. Энэ коэффициент нь янз бүрийн хүчин зүйлээс хамаардаг бөгөөд хамгийн чухал нь цацрагийн тусгалын өнцөг ба найрлага юм. Гэрэл цацруулагч гадаргуутай объект эсвэл бодис дээр унах үед гэрлийн бүрэн тусгал үүсдэг. Жишээлбэл, энэ нь шилэн дээр хуримтлагдсан мөнгө, шингэн мөнгөн усны нимгэн хальсанд цацраг туяа тусах үед тохиолддог. Гэрлийн бүрэн тусгал нь практикт ихэвчлэн тохиолддог.

Хууль

Гэрлийн тусгал, хугарлын хуулиудыг Евклид 3-р зуунд томъёолжээ. МЭӨ д. Эдгээр нь бүгд туршилтаар хийгдсэн бөгөөд Гюйгенсийн цэвэр геометрийн зарчмаар амархан батлагддаг. Түүний хэлснээр, эвдрэлд хүрч буй орчны аль ч цэг нь хоёрдогч долгионы эх үүсвэр болдог.

Эхний гэрэл: гэрлийн туяа тусах цэг дээр сэргээн босгосон интерфэйсийн перпендикуляр шугам, тусгал ба тусгах туяа нь нэг хавтгайд байрладаг. Хавтгай долгион нь цацруулагч гадаргуу дээр унадаг бөгөөд долгионы гадаргуу нь судлууд юм.

Өөр нэг хуулинд гэрлийн тусгалын өнцөг нь тусах өнцөгтэй тэнцүү гэж заасан байдаг. Энэ нь тэдгээр нь харилцан перпендикуляр талуудтай тул тохиолддог. Гурвалжны тэгш байдлын зарчимд үндэслэн тусгалын өнцөг нь тусгалын өнцөгтэй тэнцүү байна. Тэдгээр нь цацрагийн тусгалын цэг дээр интерфэйсийг сэргээсэн перпендикуляр шугамтай нэг хавтгайд хэвтэж байгааг амархан баталж болно. Эдгээр хамгийн чухал хуулиуд нь гэрлийн урвуу замд ч хүчинтэй. Эрчим хүчний эргэлт буцалтгүй байдлын улмаас туссан цацрагийн дагуу тархаж буй туяа туссан туяаны замд тусах болно.

Тусгал биетүүдийн шинж чанар

Объектуудын дийлэнх нь зөвхөн гэрлийн цацрагийг тусгадаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь гэрлийн эх үүсвэр биш юм. Гадаргуугаас нь цацраг туяа тусч, янз бүрийн чиглэлд тархдаг тул гэрэлтүүлэг сайтай биетүүд бүх талаараа тод харагддаг. Энэ үзэгдлийг сарнисан (тарсан) тусгал гэж нэрлэдэг. Энэ нь ямар ч барзгар гадаргуу дээр гэрэл тусах үед үүсдэг. Биеэс тусах цэг дээр туссан цацрагийн замыг тодорхойлохын тулд гадаргуу дээр хүрч буй хавтгайг зурна. Дараа нь туяа тусах өнцөг, тусгалыг үүнтэй уялдуулан байгуулна.

Сарнисан тусгал

Зөвхөн гэрлийн энергийн тархсан (сарнисан) тусгал байдаг тул бид гэрэл ялгаруулах чадваргүй объектуудыг ялгадаг. Хэрэв цацрагийн тархалт тэг байвал ямар ч бие бидэнд үл үзэгдэх болно.

Гэрлийн энергийн сарнисан тусгал нь нүдэнд тааламжгүй мэдрэмжийг үүсгэдэггүй. Энэ нь бүх гэрэл анхны орчинд буцаж ирдэггүй тул тохиолддог. Цацрагийн 85% нь цаснаас, 75% нь цагаан цааснаас, ердөө 0.5% нь хар хилэнгээс тусдаг. Төрөл бүрийн барзгар гадаргуугаас гэрэл тусах үед туяа нь бие биенээсээ санамсаргүй байдлаар чиглэгддэг. Гадаргуу нь гэрлийн цацрагийг хэр хэмжээгээр тусгаж байгаагаас хамааран тэдгээрийг царцсан эсвэл толин тусгал гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч эдгээр ойлголтууд харьцангуй юм. Ижил гадаргуу нь туссан гэрлийн янз бүрийн долгионы уртад толин тусгал эсвэл царцсан байж болно. Янз бүрийн чиглэлд цацрагийг жигд тараадаг гадаргууг бүрэн царцсан гэж үздэг. Байгаль дээр ийм объект бараг байдаггүй ч паалангүй шаазан, цас, зургийн цаас нь тэдэнд маш ойрхон байдаг.

Толин тусгал

Гэрлийн цацрагийн тусгал нь бусад төрлөөс ялгаатай нь энергийн цацраг гөлгөр гадаргуу дээр тодорхой өнцгөөр унах үед тэдгээр нь нэг чиглэлд тусдаг. Энэ үзэгдэл нь гэрлийн цацраг дор толь хэрэглэж байсан хэн бүхэнд танил юм. Энэ тохиолдолд энэ нь цацруулагч гадаргуу юм. Бусад байгууллагууд ч энэ ангилалд багтдаг. Оптикийн хувьд гөлгөр бүх объектыг толин тусгал (тусгал) гадаргуу гэж ангилж болно, хэрэв тэдгээрийн нэгэн төрлийн бус, жигд бус хэмжээ нь 1 микроноос бага (гэрлийн долгионы уртаас хэтрэхгүй). Ийм бүх гадаргуугийн хувьд гэрлийн тусгалын хууль үйлчилдэг.

Янз бүрийн толин тусгал гадаргуугаас гэрлийн тусгал

Технологийн хувьд муруй тусгал гадаргуутай толин тусгал (бөмбөрцөг толь) ихэвчлэн ашиглагддаг. Ийм объектууд нь бөмбөрцөг сегмент шиг хэлбэртэй бие юм. Ийм гадаргуугаас гэрлийн тусгал үүсэх тохиолдолд цацрагийн параллелизм ихээхэн эвдэрч байна. Ийм толь хоёр төрөл байдаг:

Энэх - бөмбөрцгийн сегментийн дотоод гадаргуугаас гэрлийг тусгах; тэдгээрийг цуглуулах гэж нэрлэдэг, учир нь тэдгээрээс тусгасны дараа гэрлийн зэрэгцээ туяа нэг цэг дээр цуглардаг;

Гүдгэр - гаднах гадаргуугаас гэрлийг тусгадаг бол зэрэгцээ туяа нь хажуу тийшээ тархдаг тул гүдгэр толин тусгалыг сарнилт гэж нэрлэдэг.

Гэрлийн цацрагийг тусгах сонголтууд

Гадаргуутай бараг параллель туссан цацраг нь түүнд бага зэрэг хүрч, дараа нь маш мохоо өнцгөөр тусдаг. Дараа нь гадаргууд хамгийн ойрхон, маш намхан зам дагуу үргэлжилнэ. Бараг босоо тэнхлэгт унасан цацраг нь хурц өнцгөөр тусдаг. Энэ тохиолдолд аль хэдийн туссан цацрагийн чиглэл нь туссан цацрагийн замд ойрхон байх бөгөөд энэ нь физикийн хуулиудад бүрэн нийцдэг.

Гэрлийн хугарал

Тусгал нь хугарал, нийт дотоод тусгал зэрэг геометрийн оптикийн бусад үзэгдлүүдтэй нягт холбоотой байдаг. Ихэнхдээ гэрэл нь хоёр мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох хилээр дамждаг. Гэрлийн хугарал нь оптик цацрагийн чиглэлийн өөрчлөлт юм. Энэ нь нэг орчноос нөгөөд шилжих үед үүсдэг. Гэрлийн хугарал нь хоёр хэв маягтай:

Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох хилээр дамждаг цацраг нь гадаргуу болон ослын цацрагт перпендикуляр дамжин өнгөрөх хавтгайд байрладаг;

Илчлэх өнцөг ба хугарлын өнцөг нь хоорондоо холбоотой.

Хугарлыг үргэлж гэрлийн тусгал дагалддаг. Ойсон болон хугарсан цацрагийн энергийн нийлбэр нь туссан цацрагийн энергитэй тэнцүү байна. Тэдний харьцангуй эрч хүч нь тусгалын цацраг болон тусгалын өнцгөөс хамаарна. Олон тооны оптик хэрэгслийн загвар нь гэрлийн хугарлын хуулиудад суурилдаг.

Эхлээд жаахан төсөөлцгөөе. МЭӨ зуны халуун өдөр гэж төсөөлөөд үз дээ, эртний хүн загас агнуурын тулд жад ашигладаг. Тэр түүний байрлалыг анзаарч, онилж, ямар нэг шалтгааны улмаас загас харагдахгүй газар руу цохив. Алдсан уу? Үгүй ээ, загасчин гартаа олзтой! Гол нь бидний өвөг дээдэс одоо судлах сэдвийг зөн совингоор ойлгосон явдал юм. Өдөр тутмын амьдралд бид аягатай усанд хийсэн халбага хазайсан мэт харагддаг бол шилэн савны дундуур харахад эд зүйлс муруй харагддаг. Бид эдгээр бүх асуултыг хичээл дээр авч үзэх бөгөөд сэдэв нь: "Гэрлийн хугарал. Гэрлийн хугарлын хууль. Бүрэн дотоод тусгал."

Өмнөх хичээлүүд дээр бид цацрагийн хувь заяаны талаар хоёр тохиолдолд ярьсан: гэрлийн туяа тунгалаг нэгэн төрлийн орчинд тархвал юу болох вэ? Зөв хариулт нь шулуун шугамаар тархах болно. Хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфейс дээр гэрлийн туяа унахад юу болох вэ? Сүүлийн хичээл дээр бид ойсон цацрагийн талаар ярилцсан бол өнөөдөр бид гэрлийн цацрагийн орчинд шингэсэн хэсгийг авч үзэх болно.

Эхний оптик тунгалаг орчиноос хоёр дахь оптик тунгалаг орчин руу нэвтэрсэн цацрагийн хувь заяа юу болох вэ?

Цагаан будаа. 1. Гэрлийн хугарал

Хэрэв хоёр тунгалаг зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфэйс дээр цацраг унавал гэрлийн энергийн нэг хэсэг нь эхний орчин руу буцаж, ойсон туяа үүсгэж, нөгөө хэсэг нь дотогшоо хоёр дахь орчин руу шилжиж, дүрмээр бол чиглэлээ өөрчилдөг.

Хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфэйсээр дамжин өнгөрөхөд гэрлийн тархалтын чиглэлийн өөрчлөлтийг нэрлэдэг гэрлийн хугарал(Зураг 1).

Цагаан будаа. 2. Илчлэх, хугарах, тусгах өнцөг

Зураг 2-т бид туссан цацрагийг харж байна; тусгалын өнцгийг α гэж тэмдэглэнэ. Хугарсан гэрлийн цацрагийн чиглэлийг тогтоох туяаг хугарсан туяа гэж нэрлэнэ. Туслах цэгээс сэргээн босгосон интерфэйсийн перпендикуляр ба хугарсан цацрагийн хоорондох өнцгийг хугарлын өнцөг гэж нэрлэдэг бөгөөд зураг дээр энэ нь γ өнцөг юм. Зургийг дуусгахын тулд бид ойсон цацрагийн дүрс, үүний дагуу β тусгалын өнцгийг өгнө. Туслах өнцөг болон хугарлын өнцгийн хооронд ямар хамаарал байдаг вэ?, тусгалын өнцөг болон цацраг ямар орчинд өнгөрснийг мэдэж байж хугарлын өнцөг ямар байхыг урьдчилан таамаглах боломжтой юу? Энэ нь боломжтой болж байна!

Бид тусгалын өнцөг ба хугарлын өнцгийн хоорондын хамаарлыг тоон байдлаар тодорхойлсон хуулийг олж авдаг. Орчин дахь долгионы тархалтыг зохицуулдаг Гюйгенсийн зарчмыг ашиглая. Хууль нь хоёр хэсгээс бүрдэнэ.

Туслах туяа, хугарсан туяа, тусах цэг хүртэл сэргээсэн перпендикуляр нэг хавтгайд оршдог..

Туслах өнцгийн синусын хугарлын өнцгийн синусын харьцаа нь өгөгдсөн хоёр орчны хувьд тогтмол утга бөгөөд эдгээр орчин дахь гэрлийн хурдны харьцаатай тэнцүү байна.

Энэ хуулийг анх томъёолсон Голландын эрдэмтнийг хүндэтгэн Снелийн хууль гэж нэрлэдэг. Хугарлын шалтгаан нь янз бүрийн орчинд гэрлийн хурдны зөрүү юм. Та хугарлын хуулийн үнэн зөвийг туршилтаар гэрлийн туяаг хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфэйс рүү өөр өнцгөөр чиглүүлж, тусгал болон хугарлын өнцгийг хэмжих замаар шалгаж болно. Хэрэв бид эдгээр өнцгийг өөрчилж, синусыг хэмжиж, эдгээр өнцгийн синусын харьцааг олбол хугарлын хууль үнэхээр хүчинтэй гэдэгт итгэлтэй байх болно.

Гюйгенсийн зарчмыг ашиглан хугарлын хуулийн нотолгоо бол гэрлийн долгионы шинж чанарыг батлах бас нэг баталгаа юм.

Харьцангуй хугарлын илтгэгч n 21 нь эхний орчин дахь гэрлийн V 1 хурд хоёр дахь орчин дахь V 2 гэрлийн хурдаас хэд дахин ялгаатай болохыг харуулж байна.

Харьцангуй хугарлын илтгэгч нь нэг орчноос нөгөөд шилжихэд гэрэл чиглэлээ өөрчилдөг шалтгаан нь хоёр орчин дахь гэрлийн хурд ялгаатай байдгийн тод нотолгоо юм. "Орчны оптик нягтрал" гэсэн ойлголтыг ихэвчлэн орчны оптик шинж чанарыг тодорхойлоход ашигладаг (Зураг 3).

Цагаан будаа. 3. Орчны оптик нягт (α > γ)

Хэрэв туяа нь гэрлийн өндөр хурдтай дундаас бага хурдтай орчинд шилжвэл 3-р зураг ба гэрлийн хугарлын хуулиас харахад туяа нь перпендикулярын эсрэг дарагдах болно. , хугарлын өнцөг нь тусах өнцөгөөс бага байна. Энэ тохиолдолд цацраг нь нягт багатай оптик орчноос илүү нягтралтай орчинд шилжсэн гэж үздэг. Жишээ нь: агаараас ус хүртэл; уснаас шил хүртэл.

Үүний эсрэг нөхцөл байдал бас боломжтой: эхний орчин дахь гэрлийн хурд нь хоёр дахь орчин дахь гэрлийн хурдаас бага байна (Зураг 4).

Цагаан будаа. 4. Орчны оптик нягт (α< γ)

Дараа нь хугарлын өнцөг нь тусах өнцгөөс их байх ба ийм шилжилтийг оптик нягтралаас бага нягтралтай орчинд (шилээс ус руу) шилжүүлнэ гэж хэлэх болно.

Хоёр зөөвөрлөгчийн оптик нягтрал нь нэлээд ялгаатай байж болох тул гэрэл зурагт үзүүлсэн нөхцөл байдал боломжтой болно (Зураг 5):

Цагаан будаа. 5. Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн оптик нягтын ялгаа

Оптик нягтрал өндөртэй орчинд шингэн дэх толгой нь биетэй харьцуулахад хэрхэн шилжиж байгааг анзаараарай.

Гэсэн хэдий ч харьцангуй хугарлын илтгэгч нь ажиллахад үргэлж тохиромжтой шинж чанартай байдаггүй, учир нь энэ нь эхний болон хоёр дахь зөөвөрлөгч дэх гэрлийн хурдаас хамаардаг боловч ийм олон төрлийн хослол, хоёр зөөвөрлөгч (ус-агаар, шил - алмаз, глицерин - спирт, шил - ус гэх мэт). Хүснэгтүүд нь маш төвөгтэй, ажиллахад тохиромжгүй байх болно, дараа нь тэд бусад хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн гэрлийн хурдыг харьцуулах нэг үнэмлэхүй орчинг нэвтрүүлсэн. Вакуумыг үнэмлэхүй гэж сонгож, гэрлийн хурдыг вакуум дахь гэрлийн хурдтай харьцуулсан.

Орчны үнэмлэхүй хугарлын илтгэгч n- энэ нь орчны оптик нягтыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн бөгөөд гэрлийн хурдны харьцаатай тэнцүү байна. ХАМТвакуум орчинд тухайн орчинд гэрлийн хурд хүртэл.

Үнэмлэхүй хугарлын илтгэгч нь ажилд илүү тохиромжтой, учир нь бид вакуум дахь гэрлийн хурдыг үргэлж мэддэг бөгөөд энэ нь 3·108 м/с-тэй тэнцүү бөгөөд бүх нийтийн физик тогтмол юм.

Үнэмлэхүй хугарлын илтгэгч нь гадаад параметрүүдээс хамаардаг: температур, нягтрал, мөн гэрлийн долгионы уртаас хамаардаг тул хүснэгтэд ихэвчлэн өгөгдсөн долгионы уртын дундаж хугарлын илтгэгчийг заадаг. Хэрэв бид агаар, ус, шилний хугарлын индексийг харьцуулж үзвэл (Зураг 6) агаар нь нэгдмэл байдалд ойрхон хугарлын илтгэгчтэй байдаг тул асуудлыг шийдвэрлэхдээ үүнийг нэгдмэл байдлаар авна.

Цагаан будаа. 6. Төрөл бүрийн орчны үнэмлэхүй хугарлын индексийн хүснэгт

Хэвлэл мэдээллийн үнэмлэхүй ба харьцангуй хугарлын илтгэгчийн хоорондын хамаарлыг олж тогтоох нь тийм ч хэцүү биш юм.

Харьцангуй хугарлын илтгэгч, өөрөөр хэлбэл нэгээс хоёр дахь дунд дамждаг цацрагийн хувьд хоёр дахь орчин дахь үнэмлэхүй хугарлын илтгэгчийг эхний орчин дахь үнэмлэхүй хугарлын илтгэгчтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна.

Жишээлбэл: = ≈ 1,16

Хэрэв хоёр зөөвөрлөгчийн үнэмлэхүй хугарлын үзүүлэлтүүд бараг ижил байвал энэ нь нэг орчноос нөгөөд шилжихэд харьцангуй хугарлын илтгэгч нь нэгдмэл байх болно, өөрөөр хэлбэл гэрлийн туяа үнэндээ хугарахгүй гэсэн үг юм. Жишээлбэл, гоньдны тосноос бериллерийн эрдэнийн чулуу руу шилжихэд гэрэл бараг гулзайлгахгүй, өөрөөр хэлбэл гоньдны тосоор дамжин өнгөрөхтэй адил ажиллах болно, учир нь тэдгээрийн хугарлын илтгэлцүүр нь 1.56 ба 1.57 байдаг тул эрдэнийн чулуу нь байж болно. шингэнд нуугдаж байгаа юм шиг харагдахгүй.

Хэрэв бид тунгалаг шилэн аяганд ус асгаж, шилэн хананы дундуур гэрэл рүү харвал бид одоо хэлэлцэх бүх дотоод тусгалын үзэгдлийн улмаас гадаргуу дээр мөнгөлөг гялбаа харагдах болно. Гэрлийн цацраг нь нягт оптик орчноос бага нягтралтай оптик орчинд шилжихэд сонирхолтой нөлөө ажиглагдаж болно. Тодорхой байхын тулд бид гэрэл уснаас агаарт ирдэг гэж таамаглах болно. Усан сангийн гүнд бүх чиглэлд туяа цацруулдаг S гэрлийн цэгийн эх үүсвэр байдаг гэж үзье. Жишээлбэл, шумбагч гар чийдэн асаадаг.

SO 1 цацраг нь усны гадаргуу дээр хамгийн бага өнцгөөр унадаг бөгөөд энэ цацраг нь хэсэгчлэн хугардаг - O 1 A 1 цацраг, хэсэгчлэн усанд буцаж тусдаг - O 1 B 1 цацраг. Тиймээс туссан цацрагийн энергийн нэг хэсэг нь хугарсан цацрагт, үлдсэн энерги нь ойсон цацрагт шилждэг.

Цагаан будаа. 7. Нийт дотоод тусгал

Туслах өнцөг нь илүү их байдаг SO 2 цацраг нь хугарсан ба ойсон гэсэн хоёр цацрагт хуваагддаг боловч анхны цацрагийн энерги нь тэдгээрийн хооронд өөрөөр хуваарилагддаг: хугарсан цацраг O 2 A 2 нь O 1-ээс бүдэг байх болно. 1 цацраг, өөрөөр хэлбэл, энергийн бага хувийг авах бөгөөд туссан O 2 B 2 цацраг нь O 1 B 1 цацрагаас илүү гэрэл гэгээтэй байх болно, өөрөөр хэлбэл энергийн илүү их хувийг авах болно. Туслах өнцөг нэмэгдэхийн хэрээр ижил хэв маяг ажиглагдаж байна - туссан цацрагийн энергийн улам их хувь нь ойсон цацрагт, бага ба бага хувь нь хугарсан цацрагт ордог. Хугарсан цацраг нь бүдгэрч, бүдгэрч, зарим үед бүрмөсөн алга болдог; энэ алга болох нь хугарлын өнцөг 90 0-д тохирох тусгалын өнцөгт хүрэх үед тохиолддог. Энэ нөхцөлд хугарсан цацраг OA усны гадаргуутай зэрэгцэн явах ёстой байсан ч явах зүйл үлдсэнгүй - туссан SO цацрагийн бүх энерги бүхэлдээ ойсон OB цацрагт очсон. Мэдээжийн хэрэг, тусгалын өнцөг нэмэгдэх тусам хугарсан туяа байхгүй болно. Тайлбарласан үзэгдэл нь нийт дотоод тусгал, өөрөөр хэлбэл авч үзсэн өнцгөөр илүү нягтралтай оптик орчин нь өөрөөсөө туяа ялгаруулдаггүй, бүгд түүний дотор тусдаг. Энэ үзэгдэл үүсэх өнцөг гэж нэрлэгддэг нийт дотоод тусгалыг хязгаарлах өнцөг.

Хязгаарлалтын өнцгийн утгыг хугарлын хуулиас хялбархан олж болно.

= => = arcsin, усны хувьд ≈ 49 0

Нийт дотоод тусгалын үзэгдлийн хамгийн сонирхолтой бөгөөд түгээмэл хэрэглээ бол долгион хөтлүүр буюу шилэн кабел юм. Энэ бол орчин үеийн харилцаа холбооны компаниудын интернетэд ашигладаг дохиог илгээх арга юм.

Бид гэрлийн хугарлын хуулийг олж авч, харьцангуй ба үнэмлэхүй хугарлын индекс гэсэн шинэ ойлголтыг нэвтрүүлж, мөн шилэн кабелийн гэх мэт нийт дотоод тусгалын үзэгдэл, түүний хэрэглээг ойлгосон. Та хичээлийн хэсэгт холбогдох тест, симуляторуудад дүн шинжилгээ хийж мэдлэгээ нэгтгэж болно.

Гюйгенсийн зарчмыг ашиглан гэрлийн хугарлын хуулийн нотолгоог олж авцгаая. Хугарлын шалтгаан нь хоёр өөр орчин дахь гэрлийн хурдны зөрүү гэдгийг ойлгох нь чухал юм. Эхний орчинд гэрлийн хурдыг V 1, хоёрдугаарт V 2 гэж тэмдэглэе (Зураг 8).

Цагаан будаа. 8. Гэрлийн хугарлын хуулийн баталгаа

Хавтгай гэрлийн долгион нь хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох хавтгай интерфэйс дээр, жишээлбэл, агаараас ус руу унах болно. Долгионы гадаргуу AS нь цацрагт перпендикуляр бөгөөд MN медиа хоорондын интерфэйс эхлээд туяа хүрч, туяа нь ∆t хугацааны интервалын дараа ижил гадаргууд хүрдэг бөгөөд энэ нь SW-ийн замд хуваагдсантай тэнцүү байх болно. Эхний орчин дахь гэрлийн хурд.

Тиймээс В цэгийн хоёрдогч долгион дөнгөж өдөөгдөж эхлэх тэр мөчид А цэгээс ирэх долгион нь аль хэдийн AD радиустай хагас бөмбөрцгийн хэлбэртэй болсон бөгөөд энэ нь ∆ дахь хоёр дахь орчин дахь гэрлийн хурдтай тэнцүү байна. t: AD = ·∆t, өөрөөр хэлбэл харааны үйлдэл дэх Гюйгенсийн зарчим . Хугарсан долгионы долгионы гадаргууг хоёр дахь орчин дахь бүх хоёрдогч долгионтой шүргэгч гадаргууг зурах замаар олж авч болно, тэдгээрийн төвүүд нь зөөвөрлөгчүүдийн хоорондох зааг дээр байрладаг, энэ тохиолдолд энэ нь BD хавтгай, энэ нь дугтуй юм. хоёрдогч долгионууд. Цацрагийн тусгалын өнцөг α нь ABC гурвалжин дахь CAB өнцөгтэй тэнцүү бөгөөд эдгээр өнцгүүдийн аль нэгнийх нь талууд нь нөгөөгийн талуудтай перпендикуляр байна. Үүний үр дүнд SV нь эхний орчин дахь гэрлийн хурдтай ∆t-тэй тэнцүү байх болно

CB = ∆t = AB sin α

Хариуд нь хугарлын өнцөг нь ABD гурвалжин дахь ABD өнцөгтэй тэнцүү байх тул:

АД = ∆t = АВ sin γ

Үг хэллэгийг нэр томьёогоор нь хувааж үзвэл бид дараахь зүйлийг авна.

n нь тусгалын өнцгөөс хамаарахгүй тогтмол утга юм.

Бид гэрлийн хугарлын хуулийг олж авлаа, хугарлын өнцгийн синус тусах өнцгийн синус нь эдгээр хоёр мэдээллийн хэрэгслийн хувьд тогтмол утга бөгөөд өгөгдсөн хоёр орчин дахь гэрлийн хурдны харьцаатай тэнцүү байна.

Тунгалаг бус ханатай куб савыг ажиглагчийн нүд ёроолыг нь харахгүй, харин CD-ийн ханыг бүрэн хардаг байхаар байрлуулсан. Ажиглагч D өнцгөөс b = 10 см зайд байрлах F объектыг харахын тулд саванд хэр их ус асгах ёстой вэ? Савны ирмэг α = 40 см (Зураг 9).

Энэ асуудлыг шийдэхэд юу маш чухал вэ? Нүд нь савны ёроолыг хардаггүй, харин хажуугийн хананы туйлын цэгийг хардаг, сав нь шоо хэлбэртэй байдаг тул бид ус асгахад усны гадаргуу дээрх цацрагийн тусах өнцөг нь ийм байх болно гэж таамаглаж байна. 45 0-тэй тэнцүү.

Цагаан будаа. 9. Улсын нэгдсэн шалгалтын даалгавар

Цацраг нь F цэг дээр унадаг, энэ нь бид объектыг тодорхой харж байна гэсэн үг бөгөөд хэрэв ус байхгүй байсан бол хар тасархай шугам нь цацрагийн чиглэлийг, өөрөөр хэлбэл D цэгийг харуулж байна. NFK гурвалжингаас өнцгийн шүргэгч. β буюу хугарлын өнцгийн тангенс нь эсрэг талынх нь зэргэлдээхтэй харьцуулсан харьцаа буюу зураг дээр үндэслэн h хасах b-ийг h-д хуваана.

tg β = =, h нь бидний цутгасан шингэний өндөр;

Нийт дотоод тусгалын хамгийн эрчимтэй үзэгдлийг шилэн кабелийн системд ашигладаг.

Цагаан будаа. 10. Шилэн кабель

Хэрэв гэрлийн туяа нь хатуу шилэн хоолойн төгсгөлд чиглүүлбэл олон тооны дотоод тусгалын дараа туяа нь хоолойн эсрэг талаас гарч ирнэ. Шилэн хоолой нь гэрлийн долгион эсвэл долгионы дамжуулагч болдог. Энэ нь хоолой нь шулуун эсвэл муруй эсэхээс үл хамааран тохиолдох болно (Зураг 10). Эхний гэрлийн хөтөч, энэ нь долгион хөтлүүрийн хоёр дахь нэр бөгөөд хүрэхэд хэцүү газруудыг гэрэлтүүлэхэд ашигладаг байсан (эмнэлгийн судалгааны явцад гэрлийн чиглүүлэгчийн нэг үзүүрт гэрэл орж, нөгөө үзүүр нь хүссэн газраа гэрэлтүүлдэг). Гол хэрэглээ нь эм, моторын согогийг илрүүлэх боловч ийм долгионы хөтлүүр нь мэдээлэл дамжуулах системд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Гэрлийн долгионоор дохио дамжуулах үед дамжуулагчийн давтамж нь радио дохионы давтамжаас сая дахин их байдаг бөгөөд энэ нь гэрлийн долгион ашиглан дамжуулж чадах мэдээллийн хэмжээ нь дамжуулж буй мэдээллийн хэмжээнээс сая дахин их байна гэсэн үг юм. радио долгионоор. Энэ бол асар их мэдээллийг энгийн бөгөөд хямд аргаар дамжуулах сайхан боломж юм. Ерөнхийдөө мэдээллийг лазерын цацраг ашиглан шилэн кабелиар дамжуулдаг. Шилэн кабель нь их хэмжээний мэдээлэл агуулсан компьютерийн дохиог хурдан, өндөр чанартай дамжуулахад зайлшгүй шаардлагатай. Мөн энэ бүхний үндэс нь гэрлийн хугарал гэх мэт энгийн бөгөөд энгийн үзэгдэл юм.

Ном зүй

1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физик (үндсэн түвшин) - М.: Mnemosyne, 2012.
2. Гэндэнштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физик 10-р анги. - М.: Мнемосине, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Физик - 9, Москва, Боловсрол, 1990 он.

1. Edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

Гэрийн даалгавар

1. Гэрлийн хугарлыг тодорхойлно уу.
2. Гэрлийн хугарлын шалтгааныг нэрлэнэ үү.
3. Нийт дотоод тусгалын хамгийн алдартай хэрэглээг нэрлэ.

Гэрэл тусах тодорхой өнцгөөр $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$ гэж нэрлэдэг. хязгаарын өнцөг, хугарлын өнцөг нь $\frac(\pi )(2),\ $-тэй тэнцүү байна энэ тохиолдолд хугарсан туяа нь зөөвөрлөгч хоорондын интерфейсийн дагуу гулсдаг тул хугарсан туяа байхгүй болно. Дараа нь хугарлын хуулиас бид дараахь зүйлийг бичиж болно.

Зураг 1.

Нийт тусгалын хувьд тэгшитгэл нь:

хугарлын өнцгийн бодит утгын мужид шийдэл байхгүй байна ($(\альфа )_(пр)$). Энэ тохиолдолд $cos((\alpha )_(pr))$ нь цэвэр төсөөллийн хэмжигдэхүүн юм. Хэрэв бид Fresnel томьёо руу хандвал тэдгээрийг дараах хэлбэрээр танилцуулах нь тохиромжтой.

тусгалын өнцгийг $\alpha $ гэж тэмдэглэсэн бол (товчлохын тулд) $n$ нь гэрэл тархах орчны хугарлын илтгэгч юм.

Fresnel томъёоноос $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right модулиуд нь тодорхой байна. |=\ left|E_(otr//)\right|$, энэ нь тусгал "бүрэн" гэсэн үг.

Тайлбар 1

Нэг төрлийн бус долгион нь хоёр дахь орчинд алга болдоггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тэгэхээр хэрэв $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ Хамгаалалтын хуулийг зөрчсөн. тухайн тохиолдолд эрчим хүчний №. Френнелийн томъёонууд нь монохромат талбарт, өөрөөр хэлбэл тогтвортой төлөвт үйл явцын хувьд хүчинтэй байдаг. Энэ тохиолдолд энерги хадгалагдах хуулийн дагуу хоёр дахь орчин дахь хугацааны энергийн дундаж өөрчлөлт тэгтэй тэнцүү байхыг шаарддаг. Долгион ба энергийн харгалзах хэсэг нь интерфэйсээр дамжуулан хоёр дахь орчинд долгионы уртын дарааллын бага гүнд нэвтэрч, түүн дотор фазын хурдаас бага фазын хурдаар интерфэйстэй зэрэгцэн хөдөлдөг. хоёр дахь дунд. Энэ нь оролтын цэгтэй харьцуулахад офсет цэг дээр эхний зөөгч рүү буцдаг.

Хоёр дахь орчинд долгион нэвтэрч байгааг туршилтаар ажиглаж болно. Хоёр дахь орчин дахь гэрлийн долгионы эрчим нь долгионы уртаас богино зайд л мэдэгдэхүйц юм. Гэрлийн долгион унаж, бүрэн тусгалд ордог интерфейсийн ойролцоо, хоёр дахь орчинд флюресцент бодис байгаа бол хоёр дахь орчны тал дээр нимгэн давхаргын гэрэлтэлтийг харж болно.

Бүрэн тусгал нь дэлхийн гадаргуу халуун үед гайхамшгийг үүсгэдэг. Тиймээс үүлнээс ирж буй гэрлийн тусгал нь халсан асфальтан гадаргуу дээр шалбааг байгаа мэт сэтгэгдэл төрүүлдэг.

Энгийн тусгалын үед $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ ба $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ харьцаанууд үргэлж бодит байдаг. . Бүрэн эргэцүүлэн бодоход тэд нарийн төвөгтэй байдаг. Энэ нь энэ тохиолдолд долгионы үе шат нь тэг эсвэл $\pi $-ээс ялгаатай байх үед үсрэлт хийдэг гэсэн үг юм. Хэрэв долгион тусах хавтгайд перпендикуляр туйлширсан бол бид дараахь зүйлийг бичиж болно.

Энд $(\delta )_(\bot )$ нь хүссэн фазын үсрэлт юм. Бодит болон зохиомол хэсгүүдийг тэгшитгэцгээе:

(5) илэрхийллээс бид дараахь зүйлийг олж авна.

Үүний дагуу, тусгалын хавтгайд туйлширсан долгионы хувьд дараахь зүйлийг олж авах боломжтой.

Фазын үсрэлт $(\delta )_(//)$ болон $(\delta )_(\bot )$ нь ижил биш байна. Ойсон долгион нь зууван туйлшралтай болно.

Нийт тусгал ашиглах

Хоёр ижил орчинг нимгэн агаарын цоорхойгоор тусгаарласан гэж үзье. Хязгаарлалтын хэмжээнээс их өнцгөөр гэрлийн долгион унадаг. Энэ нь жигд бус долгион хэлбэрээр агаарын цоорхойг нэвтэлж магадгүй юм. Хэрэв цоорхойн зузаан бага бол энэ долгион нь бодисын хоёр дахь хил хязгаарт хүрч, тийм ч сулрахгүй. Агаарын цоорхойноос бодис руу шилжсэний дараа долгион нь нэг төрлийн болж хувирна. Ийм туршилтыг Ньютон хийсэн. Эрдэмтэн бөмбөрцөг хэлбэртэй өөр нэг призмийг тэгш өнцөгт призмийн гипотенузын нүүрэнд дарав. Энэ тохиолдолд гэрэл нь хоёр дахь призм руу зөвхөн хүрч байгаа газар төдийгүй контактын эргэн тойронд жижиг цагираг хэлбэрээр, завсарын зузаан нь долгионы урттай харьцуулах боломжтой газар дамждаг. Хэрэв ажиглалтыг цагаан гэрэлд хийсэн бол бөгжний ирмэг нь улаавтар өнгөтэй байв. Ийм байх ёстой, учир нь нэвтрэлтийн гүн нь долгионы урттай пропорциональ байдаг (улаан цацрагийн хувьд энэ нь цэнхэрээс их байдаг). Цоорхойн зузааныг өөрчилснөөр дамжуулж буй гэрлийн эрчмийг өөрчилж болно. Энэ үзэгдэл нь Zeiss патентжуулсан хөнгөн утасны үндэс суурийг тавьсан юм. Энэ төхөөрөмжид зөөвөрлөгчийн нэг нь тунгалаг мембран бөгөөд түүн дээр унах дууны нөлөөн дор чичирдэг. Агаарын цоорхойгоор дамжин өнгөрөх гэрэл нь дууны эрчмийг өөрчлөхөд цаг хугацааны явцад эрчмийг өөрчилдөг. Энэ нь фотоэлементийг цохих үед дууны эрчмийн өөрчлөлтийн дагуу өөрчлөгддөг ээлжит гүйдэл үүсгэдэг. Үүссэн гүйдлийг олшруулж, цаашид хэрэглэнэ.

Нимгэн цоорхойгоор долгион нэвтрэн орох үзэгдэл нь оптикт хамаарахгүй. Хэрэв завсар дахь фазын хурд нь орчин дахь фазын хурдаас өндөр байвал энэ нь ямар ч шинж чанартай долгионы хувьд боломжтой юм. Энэ үзэгдэл нь цөмийн болон атомын физикт чухал ач холбогдолтой юм.

Нийт дотоод тусгалын үзэгдлийг гэрлийн тархалтын чиглэлийг өөрчлөхөд ашигладаг. Энэ зорилгоор призмийг ашигладаг.

Жишээ 1

Дасгал:Байнга тохиолддог бүрэн тусгалын үзэгдлийн жишээг өг.

Шийдэл:

Бид дараах жишээг өгч болно. Хэрэв хурдны зам маш халуун байвал асфальт гадаргуутай ойролцоо агаарын температур хамгийн их байх ба замаас холдох тусам буурдаг. Энэ нь агаарын хугарлын илтгэгч гадаргуу дээр хамгийн бага байх ба зай нэмэгдэх тусам нэмэгддэг гэсэн үг юм. Үүний үр дүнд хурдны замын гадаргуутай харьцангуй бага өнцөгтэй туяа бүрэн тусдаг. Хэрэв та машин жолоодож байхдаа хурдны замын гадаргуугийн тохиромжтой хэсэгт анхаарлаа төвлөрүүлбэл нэлээд хол урагшаа доошоо чиглэн явж буй машиныг харж болно.

Жишээ 2

Дасгал:Агаарын талстын интерфэйс дэх өгөгдсөн цацрагийн нийт ойлтын хязгаарлах өнцөг 400 бол талст гадаргуу дээр тусах гэрлийн цацрагийн Брюстерийн өнцөг хэд байх вэ?

Шийдэл:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\зүүн(2.2\баруун).\]

(2.1) илэрхийллээс бид:

(2.3) илэрхийллийн баруун талыг (2.2) томъёонд орлуулж, хүссэн өнцгийг илэрхийлье.

\[(\альфа )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\баруун)\ ))\баруун).\]

Тооцооллыг хийцгээе:

\[(\альфа )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \баруун)\ ))\баруун)\ойролцоогоор 57()^\circ .\]

Хариулт:$(\альфа)_b=57()^\circ .$

Анги: 11

Хичээлд зориулсан танилцуулга

Буцаад урагшаа

Анхаар! Слайдыг урьдчилан үзэх нь зөвхөн мэдээллийн зорилгоор хийгдсэн бөгөөд үзүүлэнгийн бүх шинж чанарыг илэрхийлэхгүй байж болно. Хэрэв та энэ ажлыг сонирхож байвал бүрэн эхээр нь татаж авна уу.

Хичээлийн зорилго:

Боловсролын:

• Оюутнууд "Гэрлийн тусгал ба хугарал" сэдвийг судлахдаа олж авсан мэдлэгээ давтаж, нэгтгэх ёстой: нэгэн төрлийн орчинд гэрлийн шулуун тархалтын үзэгдэл, тусгалын хууль, хугарлын хууль, нийт тусгалын хууль.
• Шинжлэх ухаан, технологи, оптик багаж хэрэгсэл, анагаах ухаан, тээвэр, барилга, өдөр тутмын амьдрал, бидний эргэн тойрон дахь ертөнц,
• Чанар, тооцоолол, туршилтын асуудлыг шийдвэрлэхэд олж авсан мэдлэгээ ашиглах чадвартай байх;

Боловсролын:

1. сурагчдын алсын харааг өргөжүүлэх, логик сэтгэлгээ, оюун ухааныг хөгжүүлэх;
2. харьцуулалт хийх, орц оруулах чадвартай байх;
3. монолог яриаг хөгжүүлэх, үзэгчдийн өмнө ярих чадвартай байх.
4. нэмэлт ном зохиол, интернетээс мэдээлэл олж авах, дүн шинжилгээ хийх аргыг заах.

Боловсролын:

• физикийн хичээлийн сонирхлыг бий болгох;
• бие даасан байдал, хариуцлага, өөртөө итгэх итгэлийг заах;
• Хичээлийн явцад амжилтанд хүрч, нөхөрсөг дэмжлэг үзүүлэх нөхцөл байдлыг бий болгох.

Тоног төхөөрөмж, харааны хэрэгсэл:

• Геометрийн оптик төхөөрөмж, толь, призм, тусгал, дуран, шилэн кабель, туршилтын хэрэгсэл.
• Компьютер, видео проектор, дэлгэц, "Гэрлийн тусгал, хугарлын хуулиудын практик хэрэглээ" танилцуулга.

Хичээлийн төлөвлөгөө.

I. Хичээлийн сэдэв, зорилго (2 минут)

II. Давталт (урд талын судалгаа) - 4 минут

III. Гэрлийн тархалтын шулуун байдлын хэрэглээ. Асуудал (самбар дээр). - 5 минут

IV. Гэрлийн тусгалын хуулийн хэрэглээ. - 4 минут

V. Гэрлийн хугарлын хуулийн хэрэглээ:

1) Туршлага - 4 минут

2) Даалгавар - 5 минут

VI Гэрлийн нийт дотоод ойлтын хэрэглээ:

a) Оптик хэрэгсэл - 4 минут.

в) Шилэн кабель - 4 минут.

VII Миражууд - 4 минут

VIII.Бие даан ажил – 7 мин.

IX Хичээлийг дүгнэж байна. Гэрийн даалгавар - 2 мин.

Нийт: 45 мин

Хичээлийн үеэр

I. Хичээлийн сэдэв, зорилго, зорилт, агуулга . (Слайд1-2)

Эпиграф. (Слайд 3)

Мөнхийн байгалийн гайхамшигт бэлэг,
Үнэлж баршгүй, ариун бэлэг,
Энэ нь эцэс төгсгөлгүй эх сурвалжтай
Гоо сайхныг мэдрэх нь:
Тэнгэр, нар, оддын туяа,
Гялалзсан цэнхэр далай -
Орчлон ертөнцийн бүхэл бүтэн дүр зураг
Бид зөвхөн гэрэлд л мэддэг.
И.А.Бунин

II. Давталт

Багш:

a) Геометрийн оптик. (Слайд 4-7)

Гэрэл нь нэгэн төрлийн орчинд шулуун шугамаар тархдаг. Эсвэл нэгэн төрлийн орчинд гэрлийн туяа нь шулуун шугам юм

Гэрлийн энерги дамждаг шугамыг туяа гэж нэрлэдэг. 300,000 км/с хурдтай гэрлийн тархалтын шулуун байдлыг геометрийн оптикт ашигладаг.

Жишээ:Энэ нь туяа ашиглан төлөвлөсөн хавтангийн шулуун байдлыг шалгахад хэрэглэгддэг.

Гэрэлтдэггүй биетүүдийг харах чадвар нь бие бүр дээр туссан гэрлийг хэсэгчлэн тусгаж, хэсэгчлэн шингээж авдагтай холбоотой. (Сар). Гэрлийн тархалтын хурд удаан байдаг орчин нь оптик нягтралтай орчин юм. Гэрлийн хугарал гэдэг нь гэрлийн туяаг зөөвөрлөгч хоорондын хилийг давах үед үүсэх чиглэлийн өөрчлөлт юм. Гэрлийн хугарлыг нэг орчноос нөгөөд шилжих үед гэрлийн тархалтын хурдны зөрүүгээр тайлбарладаг.

б) “Оптик диск” төхөөрөмж дээрх тусгал, хугарлын үзэгдлийг үзүүлэх.

в) Дахин давтах асуултууд. (Слайд 8)

III. Гэрлийн тархалтын шулуун байдлын хэрэглээ. Асуудал (самбар дээр).

a) Сүүдэр ба хагас бүрхэвч үүсэх. (Слайд 9).

Гэрлийн тархалтын шулуун байдал нь сүүдэр, хагас бүрхэвч үүсэхийг тайлбарладаг. Хэрэв эх үүсвэрийн хэмжээ бага эсвэл эх үүсвэр нь эх үүсвэрийн хэмжээг үл тоомсорлож болох зайд байрладаг бол зөвхөн сүүдэр олж авна. Гэрлийн эх үүсвэр их байх үед эсвэл эх үүсвэр нь объектод ойрхон байвал тод бус сүүдэр (шүхэр ба хагас сүүдэр) үүсдэг.

б) Сарны гэрэлтүүлэг. (Слайд 10).

Сар дэлхийг тойрон явахдаа нарны туяагаар гэрэлтдэг бөгөөд өөрөө гэрэлтдэггүй.

1. шинэ сар, 3. эхний улирал, 5. бүтэн сар, 7. сүүлийн улирал.

в) Барилга, зам, гүүр барихад гэрлийн тархалтын шулуун байдлыг ашиглах. (Слайд 11-14)

d) Бодлого №1352 (D) (шамбар дээрх сурагч). Нарны гэрэлтсэн Останкино телевизийн цамхгийн сүүдрийн урт нь зарим үед 600 м-тэй тэнцэж байв; Тухайн агшинд 1.75 м өндөртэй хүний ​​сүүдрийн урт 2 м-тэй тэнцүү байсан.Цамхагийн өндөр хэд вэ? (Слайд 15-16)

Дүгнэлт: Энэ зарчмыг ашиглан та хүрэх боломжгүй объектын өндрийг тодорхойлж болно: байшингийн өндөр; хадны өндөр; өндөр модны өндөр.

e) Дахин давтах асуултууд. (Слайд 17)

IV. Гэрлийн тусгалын хуулийн хэрэглээ. (Слайд 18-21).

a) Толин тусгал (Оюутны захиас).

Замдаа байгаа аливаа объекттой таарсан гэрэл түүний гадаргуугаас тусдаг. Гөлгөр биш бол олон чиглэлд тусгал үүсч, гэрэл сарнина.Гадаргуу гөлгөр байвал бүх туяа түүнээс параллель салж, толин тусгал үүснэ.Ихэвчлэн гэрлийн тусгалаас гэрэл тусдаг. амрах шингэн болон толины чөлөөт гадаргуу. Толин тусгал нь өөр өөр хэлбэртэй байж болно. Эдгээр нь хавтгай, бөмбөрцөг, циоиндрик, параболик гэх мэт. Объектоос гарч буй гэрэл нь толинд тусах туяа хэлбэрээр тархдаг. Хэрэв үүний дараа тэд хэзээ нэгэн цагт дахин цугларвал тухайн объектын дүрсний үйлдэл тэр үед үүссэн гэж хэлдэг. Хэрэв туяа нь тусгаарлагдсан хэвээр байгаа боловч зарим үед тэдгээрийн өргөтгөлүүд нийлдэг бол бидний хувьд туяа нь үүнээс гарч ирдэг бөгөөд энэ нь объект байрладаг газар юм. Энэ бол ажиглалтын төсөөлөлд бий болсон виртуал дүр төрх юм. Хонхор толины тусламжтайгаар та ямар нэгэн гадаргуу дээр дүрсийг тусгаж эсвэл ойсон дурангаар оддыг ажиглахад тохиолддог шиг алс холын биетээс ирж буй сул гэрлийг нэг цэгт цуглуулж болно. Аль ч тохиолдолд дүрс нь бодит, бусад толин тусгалыг бодит хэмжээтэй (ердийн хавтгай толь), томруулсан (ийм толийг гар цүнхэнд хийдэг) эсвэл жижигрүүлсэн (машины арын толь) харахын тулд ашигладаг. Үүссэн зургууд нь төсөөлөл (виртуал) юм. Мөн муруй, бөмбөрцөг бус тольны тусламжтайгаар та дүрсийг гажуудуулж болно.

V. Гэрлийн хугарлын хуулийн хэрэглээ. (Слайд 22-23).

a) Шилэн хавтан дахь цацрагийн зам .

б) Гурвалжин призм дэх цацрагийн зам . Бүтээж, тайлбарла. (Сурагч самбар дээр)

в) Туршлага: Хугарлын хуулийг хэрэглэх. (Оюутны захиас.) (Слайд 24)

Туршлагагүй усанд унадаг хүмүүс гэрлийн хугарлын хуулийн нэг сонин үр дагаврыг мартсанаас л болж асар их аюулд өртдөг. Хугарал нь усанд дүрэгдсэн бүх объектыг жинхэнэ байрлалаас нь дээш өргөдөг гэдгийг тэд мэддэггүй. Цөөрөм, гол, усан сангийн ёроол нь түүний гүний бараг гуравны нэгээр өргөгдсөн мэт харагддаг. Гүн тодорхойлох алдаа нь үхэлд хүргэж болзошгүй хүүхдүүд болон ерөнхийдөө намхан хүмүүсийн хувьд үүнийг мэдэх нь маш чухал юм. Үүний шалтгаан нь гэрлийн цацрагийн хугарал юм.

Туршлага: Ингэж сурагчдын өмнө аяганы ёроолд зоос тавь. Энэ нь оюутанд харагдахгүй байхын тулд. Түүнээс толгойгоо эргүүлэлгүйгээр аяга руу ус асгахыг хүс, тэгвэл зоос "дээш хөвөх" болно. Хэрэв та аяганаас усыг тариураар авбал зоостой ёроол нь дахин "доошоо" болно. Туршлагыг тайлбарла. Туршилтыг гэртээ байгаа хүн бүрт хийгээрэй.

G) Даалгавар.Усан сангийн талбайн жинхэнэ гүн нь 2 метр юм. Усны гадаргуутай 60° өнцгөөр ёроолыг нь харж байгаа хүнд ямар гүн харагдах вэ. Усны хугарлын илтгэгч 1.33 байна. (Слайд 25-26).

e) Хянах асуултууд . (Слайд 27-28).

VI. Нийт дотоод тусгал. Оптик хэрэгсэл

a) Нийт дотоод тусгал. Оптик хэрэгсэл . (Оюутны мессеж)

(Слайд 29-35)

Нийт дотоод тусгал нь оптик нягтрал багатай орчин хоорондын зааг дээр гэрэл тусах үед үүсдэг. Нийт дотоод тусгалыг олон оптик төхөөрөмжид ашигладаг. Шилний хязгаарлах өнцөг нь тухайн төрлийн шилний хугарлын илтгэгчээс хамаарч 35°-40° байна. Тиймээс 45 ° призмд гэрэл бүхэлдээ дотоод тусгалыг мэдрэх болно.

Асуулт. Толин тусгалаас эргэдэг ба эргэдэг призмийг ашиглах нь яагаад илүү дээр вэ?

a) Тэд бараг 100 гэрлийг тусгадаг, учир нь хамгийн сайн толь нь 100-аас бага гэрэл тусгадаг. Зураг нь илүү тод харагдаж байна.

в) Металлын исэлдэлтээс болж металл толь нь цаг хугацааны явцад бүдгэрдэг тул тэдгээрийн шинж чанар өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Өргөдөл. Эргэдэг призмийг перископод ашигладаг. Урвуу призмийг дуранд ашигладаг. Тээвэрлэлтийн хувьд булангийн тусгал ашигладаг - тусгал; энэ нь арын хэсэгт - улаан, урд талд - цагаан, дугуйны дугуйны хигээс дээр - улбар шар өнгөтэй. Гадаргуу дээрх гэрлийн тусгах өнцгөөс үл хамааран гэрлийг гэрэлтүүлэгч эх үүсвэр рүү буцаан тусгадаг ретрорефлектор буюу оптик төхөөрөмж. Бүх тээврийн хэрэгсэл, замын аюултай хэсгүүд нь эдгээрээр тоноглогдсон байдаг. Шилэн эсвэл хуванцараар хийсэн.

б) Дахин давтах асуултууд. (Слайд 36).

в) шилэн кабель . (Оюутны мессеж). (Слайд 37-42).

Шилэн оптик нь гэрлийн нийт дотоод тусгал дээр суурилдаг. Шилэн утас нь шилэн эсвэл хуванцар юм. Тэдний диаметр нь маш бага байдаг - хэдхэн микрометр. Эдгээр нимгэн утаснуудын багцыг гэрлийн хөтөч гэж нэрлэдэг бөгөөд гэрлийн чиглүүлэгч нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй байсан ч гэрэл түүний дагуу бараг алдагдалгүй хөдөлдөг. Үүнийг гоёл чимэглэлийн чийдэн, усан оргилуур дахь тийрэлтэт онгоцыг гэрэлтүүлэхэд ашигладаг.

Гэрлийн хөтөчийг утас болон бусад төрлийн харилцаа холбоонд дохио дамжуулахад ашигладаг. Дохио нь модуляцлагдсан гэрлийн цацраг бөгөөд зэс утсаар цахилгаан дохиог дамжуулахаас бага алдагдалтай дамждаг.

Гэрлийн хөтөчийг анагаах ухаанд тод дүрс дамжуулахад ашигладаг. Улаан хоолойгоор дамжуулан "дурангийн дуран" оруулснаар эмч ходоодны ханыг шалгаж болно. Зарим утас нь ходоодыг гэрэлтүүлэхийн тулд гэрэл илгээдэг бол зарим нь ойсон гэрлийг зөөвөрлөнө. Илүү их утас, нимгэн байх тусам зураг илүү сайн болно. Дурангийн дуран нь ходоод болон бусад хүрэхэд хэцүү хэсгүүдийг шалгах, өвчтөнийг мэс засалд бэлтгэх, мэс засал хийхгүйгээр гэмтэл, гэмтэл илрүүлэхэд тустай.

Гэрлийн хөтөч дээр гэрэл нь шилний дотоод гадаргуугаас эсвэл тунгалаг хуванцар утаснаас бүрэн тусдаг. Гэрлийн хөтөчийн төгсгөл бүрт линз байдаг. Төгсгөлд нь объекттой тулгарна. линз нь түүнээс гарч буй туяаг зэрэгцээ туяа болгон хувиргадаг. Төгсгөлд нь ажиглагч руу харсан дуран байдаг бөгөөд энэ нь зургийг үзэх боломжийг олгодог.

VII. Миражууд. (Оюутан хэлж, багш гүйцээнэ) (Слайд 43-46).

Наполеоны Францын арми 18-р зуунд Египетэд гайхамшигт үзэгдэлтэй тулгарсан. Цэргүүд урд нь "модтой нуур" байхыг харав. Мираж гэдэг нь "толинд тусах" гэсэн утгатай франц үг юм. Нарны туяа агаарын толин тусгалаар дамжин өнгөрч, "гайхамшиг"-ыг бий болгодог. Хэрэв дэлхий сайн халсан бол агаарын доод давхарга нь дээр байрлах давхаргуудаас хамаагүй дулаан байдаг.

Мираж бол тэнгэрийн хаяанаас цааш байрлах үл үзэгдэх биетүүд агаарт хугарсан хэлбэрээр тусгагдсанаас бүрдэх, бие даасан давхаргуудын янз бүрийн температур бүхий тунгалаг, тайван орчинд оптик үзэгдэл юм.

Тиймээс агаарын давхаргад нэвтэрч буй нарны туяа хэзээ ч шулуун биш харин муруй байдаг. Энэ үзэгдлийг хугарал гэж нэрлэдэг.

Мираж олон царайтай. Энэ нь энгийн, төвөгтэй, дээд, доод, тал байж болно.

Агаарын доод давхаргууд сайн халсан үед доод гайхамшиг ажиглагддаг - объектын урвуу дүрсийг төсөөлдөг. Энэ нь тал хээр, цөлд ихэвчлэн тохиолддог. Энэ төрлийн гайхамшгийг Төв Ази, Казахстан, Волга мөрөнд харж болно.

Хэрэв агаарын хөрсний давхарга нь дээд давхаргаас хамаагүй хүйтэн байвал дээд талбар үүсдэг - зураг газраас гарч, агаарт өлгөөтэй байдаг. Объектууд байгаа байдлаасаа илүү ойрхон, өндөр харагдаж байна. Энэ төрлийн гайхамшиг нь нарны туяа дэлхийг дулаацуулж амжаагүй өглөө эрт ажиглагддаг.

Далайн гадаргуу дээр халуун өдрүүдэд далайчид агаарт дүүжлэгдсэн хөлөг онгоцууд, тэр ч байтугай тэнгэрийн хаяанаас хол байгаа объектуудыг хардаг.

VIII. Бие даасан ажил. Туршилт - 5 минут. (Слайд 47-53).

1. Туссан цацраг ба толин тусгалын хавтгай хоорондын өнцөг 30° байна. Тусгалын өнцөг гэж юу вэ?

2. Улаан өнгө яагаад тээвэрлэлтэнд аюулын дохио болдог вэ?

а) цусны өнгөтэй холбоотой;

б) нүдийг илүү сайн татдаг;

в) хамгийн бага хугарлын илтгэгчтэй;

г) агаарт хамгийн бага тархалттай

3. Барилгын ажилчид яагаад улбар шар дуулга өмсдөг вэ?

a) улбар шар өнгө нь алсаас тод харагддаг;

б) цаг агаарын таагүй үед бага зэрэг өөрчлөгддөг;

в) хамгийн бага гэрлийн тархалттай;

г) хөдөлмөрийн аюулгүй байдлын шаардлагын дагуу.

4. Үнэт чулуун дахь гэрлийн тоглоомыг бид хэрхэн тайлбарлах вэ?

a) тэдгээрийн ирмэгийг сайтар өнгөлсөн;

б) хугарлын өндөр үзүүлэлт;

в) чулуу нь ердийн олон талт хэлбэртэй;

г) гэрлийн цацрагтай холбоотой үнэт чулууг зөв байрлуулах.

5. Хэрэв тусах өнцгийг 15°-аар нэмэгдүүлбэл хавтгай толинд тусах туяа болон ойсон цацраг хоорондын өнцөг хэрхэн өөрчлөгдөх вэ?

a) 30 ° -аар нэмэгдэх болно;

b) 30 ° -аар буурах болно;

в) 15 ° -аар нэмэгдэх болно;

d) 15 ° -аар нэмэгдэх болно;

6. Хугарлын илтгэгч 2.4 бол алмаз дахь гэрлийн хурд ямар байх вэ?

a) ойролцоогоор 2,000,000 км/с;

б) ойролцоогоор 125,000 км/с;

в) гэрлийн хурд нь орчиноос хамаардаггүй, өөрөөр хэлбэл. 300,000 км / с;

г) 720000 км/с.

IX. Хичээлийг дүгнэж байна. Гэрийн даалгавар. (Слайд 54-56).

Анги дахь оюутнуудын үйл ажиллагаанд дүн шинжилгээ хийх, үнэлэх. Оюутнууд хичээлийн үр дүнтэй байдлын талаар багштай ярилцаж, гүйцэтгэлийг нь үнэлдэг.

1. Та хэдэн зөв хариулт авсан бэ?

3. Та шинэ зүйл сурсан уу?

4. Шилдэг илтгэгч.

2) Гэртээ зоосоор туршилт хий.

Уран зохиол

1. Городецкий Д.Н. Физикийн шалгалтын ажил "Ахлах сургууль" 1987 он
2. Демкович В.П. Физикийн асуудлын түүвэр "Гэгээрэл" 2004 он
3. Giancole D. Физик. "Мир" хэвлэлийн газар 1990 он
4. Перелман А.И. Хөгжилтэй физик "Шинжлэх ухаан" хэвлэлийн газар 1965 он
5. Лансберг Г.Д. Анхан шатны физикийн сурах бичиг Наука хэвлэлийн газар 1972 он
6. Интернет нөөц

Нийт дотоод тусгалын үзэгдлийг шилэн кабелиар хол зайд гэрлийн дохиог дамжуулахад ашигладаг. Уламжлалт толины тусгалыг ашиглах нь хүссэн үр дүнг өгдөггүй, учир нь хамгийн өндөр чанартай толь (мөнгөн бүрсэн) ч гэрлийн энергийн 3 хүртэлх хувийг шингээдэг. Гэрлийг хол зайд дамжуулах үед гэрлийн энерги тэг рүү ойртдог. Гэрлийн чиглүүлэгч рүү орох үед туссан цацраг нь хязгаарлагдмал хэмжээнээс илт их өнцөгт чиглэгддэг бөгөөд энэ нь цацрагийн тусгалыг эрчим хүчний алдагдалгүйгээр баталгаажуулдаг. Тусдаа утаснуудаас бүрдэх гэрлийн чиглүүлэгч нь хүний ​​үсний диаметрт хүрдэг бөгөөд дамжуулах хурд нь одоогийн урсгалын хурдаас хурдан бөгөөд энэ нь мэдээллийг илүү хурдан дамжуулах боломжийг олгодог.

Шилэн гэрлийн хөтөчийг анагаах ухаанд амжилттай ашиглаж байна. Жишээлбэл, дотоод эрхтнүүдийн зарим хэсгийг гэрэлтүүлэх эсвэл ажиглахын тулд ходоод эсвэл зүрхний хэсэгт гэрлийн хөтөчийг оруулдаг. Гэрлийн гарын авлагыг ашиглах нь гэрлийн чийдэнг нэвтрүүлэхгүйгээр дотоод эрхтнийг шалгах боломжийг олгодог, өөрөөр хэлбэл хэт халах магадлалыг арилгадаг.

е) Рефрактометр (Латин хэлнээс refractus - хугарсан ба Грекийн metreo - хэмжүүр) - нэг орчноос нөгөөд шилжих үед гэрлийн хугарлын үзэгдэлд үндэслэсэн шинжилгээний арга. Гэрлийн хугарал, өөрөөр хэлбэл анхны чиглэлээ өөрчлөх нь янз бүрийн орчинд гэрлийн тархалтын янз бүрийн хурдтай холбоотой юм.

28.Гэрлийн туйлшрал. Гэрэл нь байгалийн ба туйлширсан. Оптик идэвхтэй бодисууд. Уусмалын концентрацийг туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцгөөр хэмжих (поляриметр).

a) Гэрлийн туйлшрал гэдэг нь байгалийн гэрлийн цацрагаас цахилгаан векторын тодорхой чиглэлтэй цацрагийг салгах явдал юм.

б ) БАЙГАЛИЙН ГЭРЭЛ(туйлшаагүй гэрэл) - цахилгаан соронзон эрчмийн бүх боломжит чиглэлтэй уялдаа холбоогүй гэрлийн долгионы багц. талбарууд бие биенээ хурдан бөгөөд санамсаргүй байдлаар орлуулдаг. -аас ялгарах гэрэл цацрагийн төв (атом, молекул, болор торны нэгж гэх мэт) нь ихэвчлэн шугаман туйлширч, туйлшралын төлөвийг 10-8 секунд ба түүнээс бага хугацаанд хадгалдаг (энэ нь гэрлийн цацрагийн интерференцийг замын ялгааг ажиглах туршилтаас үүдэлтэй) , тиймээс заасан хугацааны интервалын эхэн ба төгсгөлд ялгарах долгион саад болж болзошгүй үед). Цацрагийн дараагийн үйлдэлд гэрэл нь туйлшралын өөр чиглэлтэй байж болно. Ихэвчлэн асар олон тооны төвөөс цацраг туяа нэгэн зэрэг ажиглагдаж, өөр өөр чиг баримжаатай, статистикийн хуулийн дагуу чиг баримжаа өөрчлөгддөг. Энэ цацраг нь E. s.<Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же в небольшой степени поляризованный. Это объясняется прохождением света внутри источника от глубинных слоев наружу и прохождением света через среду от источника к наблюдателю (поляризация при отражении, при рассеянии света средой, дихроизм среды и т. п.). Близок к Е. с. прямой солнечный свет.

ТУЙЛШСАН ГЭРЭЛ -цахилгаан соронзон чичиргээ нь зөвхөн нэг чиглэлд тархдаг гэрлийн долгион. Энгийн ГЭРЭЛ нь түүний хөдөлгөөний чиглэлтэй перпендикуляр бүх чиглэлд тархдаг. Эрдэмтэд хэлбэлзлийн сүлжээнээс хамааран гурван төрлийн туйлшралыг ялгадаг: шугаман (хавтгай), дугуй ба эллипс. Шугаман туйлширсан гэрэлд цахилгаан чичиргээ нь зөвхөн нэг чиглэлд хязгаарлагддаг бөгөөд соронзон чичиргээ нь зөв өнцгөөр чиглэгддэг. Шугаман туйлширсан гэрэл нь жишээлбэл, шилний хуудас эсвэл усны гадаргуугаас ТУССАН үед гэрэл нь кварц, турмалин эсвэл кальцит зэрэг тодорхой төрлийн талстуудаар дамжих үед үүсдэг. Туйлшруулагч материалыг туйлшруулагч нарны шилд ашигладаг бөгөөд тусгах үед туйлширдаг гэрлийг хазайлгах замаар хурц гэрлийг багасгадаг.

V) Оптик идэвхтэй бодисууд- байгалийн оптик идэвхжилтэй хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл. Оптик идэвхжил гэдэг нь орчин (талст, уусмал, бодисын уур) түүгээр дамжин өнгөрөх оптик цацрагийн (гэрлийн) туйлшралын хавтгайг эргүүлэх чадвар юм. Оптик идэвхжлийг судлах арга бол поляриметр юм.

d) Олон уусмалын концентрацийг тодорхойлох хурд, нарийвчлал нь энэ аргыг маш өргөн хүрээтэй болгосон. Энэ нь гэрлийн туйлшралын хавтгайн эргэлтийн үзэгдэл дээр суурилдаг.

Шугаман туйлширсан гэрлийн туйлшралын хавтгайг эргүүлэх чадвартай бодисыг оптик идэвхтэй гэж нэрлэдэг. Цэвэр шингэн (жишээлбэл, turpentine), зарим бодисын уусмал (элсэн чихрийн усан уусмал), зарим нүүрс ус нь оптик идэвхтэй байж болно. Янз бүрийн бодисын хувьд туйлшралын хавтгайн эргэлтийн чиглэл ижил биш байна. Хэрэв та бодисоор дамжин өнгөрөх цацраг руу харвал бодисын нэг хэсэг нь туйлшралын хавтгайг цагийн зүүний дагуу эргүүлдэг (декстроротор бодис), нөгөө хэсэг нь эсрэг эргэлддэг (levorotatory бодис). Зарим бодис нь хоёр өөрчлөлттэй байдаг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь туйлшралын хавтгайг цагийн зүүний дагуу, нөгөө нь цагийн зүүний эсрэг (кварц) эргүүлдэг.

P туйлшруулагчаар дамжин өнгөрөх байгалийн гэрэл нь хавтгай туйлширсан гэрэл болж хувирдаг. Гэрлийн шүүлтүүр F нь тодорхой давтамжийн гэрлийг К кварцын хавтан руу дамжуулдаг. Кварцын хавтан нь оптик тэнхлэгт перпендикуляр зүсэгдсэн тул гэрэл энэ тэнхлэгийн дагуу хос хугаралтгүйгээр тархдаг. Хэрэв кварцын хавтан байхгүй үед анализатор А-г бүрэн харанхуй болгохоор тохируулсан бол (николуудыг гаталсан), кварцын хавтанг оруулах үед харах талбар гэрэлтдэг. Бүрэн харанхуйлахын тулд одоо анализаторыг тодорхой φ өнцгөөр эргүүлэх хэрэгтэй. Тиймээс кварцаар дамжин өнгөрч буй туйлширсан гэрэл нь эллипс туйлшралыг олж аваагүй, харин шугаман туйлширсан хэвээр үлдсэн; кварцаар дамжин өнгөрөх үед туйлшралын хавтгай нь зөвхөн тодорхой өнцгөөр эргэлдэж, кварцын дэргэд талбарыг харанхуй болгоход шаардлагатай анализатор А-ийн эргэлтээр хэмжигддэг. Шүүлтүүрийг өөрчилснөөр та туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцөг нь янз бүрийн долгионы урттай өөр өөр байдаг, i.e. эргэлтийн дисперс үүсдэг.

Өгөгдсөн долгионы уртын хувьд туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцөг нь хавтангийн зузаантай пропорциональ d:

энд φ нь туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцөг; d - хавтангийн зузаан; α - тодорхой эргэлт.

Тодорхой эргэлт нь долгионы урт, бодисын шинж чанар, температураас хамаарна. Жишээлбэл, кварц нь λ = 589 нм-ийн хувьд α = 21.7 градус / мм, λ = 405 нм-ийн хувьд α = 48.9 градус / мм байна.

Оптик идэвхт бодисын уусмалд шугаман туйлширсан гэрэл тархах үед туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцөг нь давхаргын зузаан d ба уусмалын концентраци С-ээс хамаарна.

Зураг дээр. 2, мөн дараах байдлаар томилогдсон: E1 – зүүн бүрэлдэхүүн хэсгийн гэрлийн вектор, E2 – баруун бүрэлдэхүүн хэсгийн гэрлийн вектор, РР – нийт Е векторын чиглэл.

Хэрэв хоёр долгионы тархалтын хурд ижил биш бол бодисоор дамжин өнгөрөхөд векторуудын аль нэг нь, жишээлбэл, E1 нь эргэлтээрээ E2 вектороос хоцрох болно (Зураг 2, b-ийг үз), өөрөөр хэлбэл. үүссэн E вектор нь "илүү хурдан" вектор E2 руу эргэлдэж, QQ байрлалыг авна. Эргэлтийн өнцөг нь φ-тэй тэнцүү байх болно.

Дугуй туйлшралын янз бүрийн чиглэлтэй гэрлийн тархалтын хурдны ялгаа нь молекулуудын тэгш бус байдал эсвэл болор дахь атомуудын тэгш бус зохион байгуулалттай холбоотой юм. Туйлшралын хавтгайн эргэлтийн өнцгийг хэмжихийн тулд поляриметр ба сахариметр гэж нэрлэгддэг багажуудыг ашигладаг.

29.Атом, молекулын цацраг туяа, энерги шингээх онцлог. Атом, молекул, болор спектрүүд (цацралт ба шингээлт). Спектрометр ба түүний анагаах ухаанд хэрэглэх.

Атом ба молекул нь хөдөлгөөнгүй энергийн төлөвт байж болно. Эдгээр төлөвт тэд энерги ялгаруулж, шингээдэггүй. Эрчим хүчний төлөвүүдийг бүдүүвчээр түвшин хэлбэрээр дүрсэлсэн байдаг. Эрчим хүчний хамгийн доод түвшин - үндсэн нь үндсэн төлөвтэй тохирч байна.

Квантын шилжилтийн үед атом, молекулууд нэг хөдөлгөөнгүй төлөвөөс нөгөөд, нэг энергийн түвшнээс нөгөөд шилждэг. Атомын төлөвийн өөрчлөлт нь электронуудын энергийн шилжилттэй холбоотой байдаг. Молекулуудад энерги нь зөвхөн электрон шилжилтийн үр дүнд төдийгүй атомын чичиргээний өөрчлөлт, эргэлтийн түвшний хоорондох шилжилтийн улмаас өөрчлөгдөж болно. Өндөр энергийн түвшнээс доод түвшинд шилжих үед атом эсвэл молекул энерги ялгаруулж, урвуу шилжилтийн үед шингээдэг. Үндсэн төлөвт байгаа атом нь зөвхөн энергийг шингээж чаддаг. Хоёр төрлийн квант шилжилт байдаг:

1) атом эсвэл молекулын цацраг туяа, цахилгаан соронзон энергийг шингээхгүйгээр. Энэхүү цацрагийн бус шилжилт нь атом эсвэл молекул бусад бөөмстэй харилцан үйлчлэх үед, жишээлбэл мөргөлдөх үед тохиолддог. Атомын дотоод төлөв өөрчлөгдөж, цацрагийн бус шилжилт явагддаг уян харимхай мөргөлдөөн ба уян харимхай - атом эсвэл молекулын кинетик энерги өөрчлөгдсөн боловч дотоод төлөвийг хадгалсан тохиолдолд ялгаатай. ;

2) фотоны ялгаруулалт эсвэл шингээлттэй. Фотоны энерги нь атом эсвэл молекулын анхны болон эцсийн суурин төлөвүүдийн энергийн зөрүүтэй тэнцүү байна.

Фотоны ялгаруулалттай квант шилжилтийг үүсгэдэг шалтгаанаас хамааран хоёр төрлийн цацрагийг ялгадаг. Хэрэв энэ шалтгаан нь дотоод болон өдөөгдсөн бөөмс аяндаа бага энергийн түвшинд шилжиж байгаа бол ийм цацрагийг аяндаа гэж нэрлэдэг. Энэ нь цаг хугацаа, давтамж (өөр өөр дэд түвшний хооронд шилжилт байж болно), тархалтын чиглэл, туйлшралын хувьд санамсаргүй, эмх замбараагүй байдаг. Уламжлалт гэрлийн эх үүсвэрүүд ихэвчлэн аяндаа цацраг ялгаруулдаг. Өөр нэг төрлийн цацраг нь албадан эсвэл өдөөгдсөн байдаг.Энэ нь фотоны энерги нь энергийн түвшний зөрүүтэй тэнцүү бол фотон нь өдөөгдсөн бөөмстэй харилцан үйлчлэх үед үүсдэг. Албадан квант шилжилтийн үр дүнд бөөмсөөс нэг чиглэлд хоёр ижил фотон тархах болно: нэг нь анхдагч, хүчээр, нөгөө нь хоёрдогч, ялгардаг. Атом эсвэл молекулуудаас ялгарах энерги нь ялгарлын спектрийг, шингэсэн энерги нь шингээлтийн спектрийг бүрдүүлдэг.

Ямар ч энергийн түвшний хооронд квант шилжилт явагддаггүй. Шилжилт хийх боломжтой, боломжгүй эсвэл боломжгүй байх нөхцөлийг тодорхойлсон сонгон шалгаруулах дүрэм буюу хориглох дүрмийг тогтоодог.

Ихэнх атом, молекулуудын энергийн түвшин нэлээд төвөгтэй байдаг. Түвшин, улмаар спектрийн бүтэц нь зөвхөн нэг атом эсвэл молекулын бүтцээс гадна гадаад хүчин зүйлээс хамаардаг.

Спектр нь янз бүрийн мэдээллийн эх сурвалж юм.

Юуны өмнө чанарын спектрийн шинжилгээний ажлын нэг хэсэг болох спектрийн төрлөөр атом ба молекулуудыг тодорхойлж болно. Спектрийн шугамын эрчим нь ялгаруулах (шингээх) атомын тоог тодорхойлдог - тоон спектрийн шинжилгээ. Энэ тохиолдолд 10~5-10~6% -ийн концентраци дахь хольцыг олж, маш бага масстай дээжийн найрлагыг тодорхойлох нь харьцангуй хялбар байдаг - хэдэн арван микрограмм хүртэл.

Спектрээс атом эсвэл молекулын бүтэц, тэдгээрийн энергийн түвшний бүтэц, том молекулуудын бие даасан хэсгүүдийн хөдөлгөөн гэх мэтийг шүүж болно. Атом эсвэл молекул дээр ажилладаг талбаруудаас спектрийн хамаарлыг мэдэхийн тулд хөрш атомуудын (молекулуудын) нөлөөлөл нь цахилгаан соронзон орны нөлөөгөөр явагддаг тул бөөмсийн харьцангуй байршлын талаархи мэдээллийг олж авдаг.

Хөдөлгөөнт биетүүдийн спектрийг судлах нь оптик Доплер эффект дээр үндэслэн цацрагийн ялгаруулагч ба хүлээн авагчийн харьцангуй хурдыг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Хэрэв бид тухайн бодисын спектрээс түүний төлөв байдал, температур, даралт гэх мэт дүгнэлт хийх боломжтой гэж үзвэл цацраг туяа, атом, молекулын энерги шингээх аргыг судалгааны арга болгон ашиглахыг бид өндрөөр үнэлж болно.

Атом (эсвэл молекул) ялгаруулж эсвэл шингээж буй фотоны энерги (давтамж) -аас хамааран дараахь төрлийн спектроскопийг ангилдаг: радио, хэт улаан туяа, үзэгдэх цацраг, хэт ягаан туяа, рентген.

Бодисын төрлөөс (спектрийн эх үүсвэр) атомын, молекулын спектр, талст спектрийг ялгадаг.

МОЛЕКУЛАР СПЕКТР- ижил энергиээс молекулуудын квант шилжилтийн үед үүсэх шингээлт, ялгаралт эсвэл тархалтын спектр. өөр нэгэнд мэдэгддэг. M. s. молекулын найрлага, түүний бүтэц, химийн бодисын шинж чанараар тодорхойлогддог. гадаадтай харилцах, харилцах талбарууд (тиймээс түүнийг хүрээлэн буй атомууд ба молекулуудтай хамт). Наиб. онцлог нь M. s. ховор молекулын хий, даралтын нөлөөгөөр спектрийн шугамыг тэлэхгүй байх үед: ийм спектр нь Доплерийн өргөнтэй нарийн шугамуудаас бүрдэнэ.

Цагаан будаа. 1. Хоёр атомт молекулын энергийн түвшний диаграмм: аТэгээд б- электрон түвшин; у " Харин чи "" - чичиргээний квант тоо; Ж"Тэгээд Ж"" - эргэлтийн квант тоо.

Молекул дахь энергийн түвшний гурван системийн дагуу - электрон, чичиргээ болон эргэлтийн (Зураг 1), M. s. электрон чичиргээний багцаас бүрдэнэ. ба эргүүл. эл-магны өргөн хүрээний спектр болон худал. долгион - радио давтамжаас рентген туяа хүртэл. спектрийн хэсгүүд. Эргэлтийн хоорондох шилжилтийн давтамж. энергийн түвшин нь ихэвчлэн богино долгионы мужид (0.03-30 см-1 долгионы масштабаар), хэлбэлзэл хоорондын шилжилтийн давтамжид ордог. түвшин - IR мужид (400-10,000 см -1), электрон түвшний хоорондох шилжилтийн давтамжууд - спектрийн харагдах ба хэт ягаан туяаны бүсэд. Энэ хуваагдал нь нөхцөлт, учир нь энэ нь ихэвчлэн эргэлддэг. шилжилтүүд мөн IR мужид, хэлбэлзэлд ордог. шилжилтүүд - харагдах бүсэд, цахим шилжилтүүд - IR бүсэд. Ерөнхийдөө цахим шилжилт нь чичиргээний өөрчлөлт дагалддаг. молекулын энерги, чичиргээтэй. шилжилтүүд өөрчлөгдөж, эргэлддэг. эрчим хүч. Тиймээс ихэнхдээ электрон спектр нь электрон чичиргээний системийг төлөөлдөг. зурвасууд ба өндөр нарийвчлалтай спектрийн төхөөрөмжөөр тэдгээрийн эргэлтийг илрүүлдэг. бүтэц. M. s дахь шугам, зураасны эрч хүч. харгалзах квант шилжилтийн магадлалаар тодорхойлогдоно. Наиб. эрчимтэй шугамууд нь сонгон шалгаруулалтын дүрмээр зөвшөөрөгдсөн шилжилттэй тохирч байна.M. s. мөн Auger спектр болон рентген спектрийг багтаана. молекулын спектр(нийтлэлд тусгаагүй; үзнэ үү Аугер эффект, Аугер спектроскопи, рентген спектр, рентген спектроскопи).

Кристалуудын спектрүүд(оптик) нь бүтцийн хувьд олон янз байдаг. Нарийн шугамын хамт тэдгээр нь өргөн зурвасуудыг агуулдаг (давтамж n-ийн гэрлийн хурдтай харьцаа). -тайбутархайгаас хэдэн мянга хүртэл. см -1) ба хэдэн арван мянган километрээс дээш үргэлжлэх спектрийн тасралтгүй бүсүүд. см -1(см. Оптик спектр). Шингээлтийн спектрийн хэт улаан туяаны бүсэд болор бөөмсийн чичиргээний хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй энергийн түвшний хоорондын квант шилжилттэй холбоотой зурвасууд ажиглагдаж байгаа бөгөөд энэ нь цахилгаан диполь моментийн өөрчлөлт дагалддаг: фотоныг шингээж, квант үүсдэг. болор торны чичиргээ - фонон.Хэд хэдэн фонон үүсэхтэй холбоотой процессууд нь ажиглагдсан спектрийг "бүдгэрүүлж", төвөгтэй болгодог. Жинхэнэ болор нь ихэвчлэн бүтцийн согогтой байдаг (Зураг 1-ийг үз). Кристал дахь согогууд), тэдгээрийн ойролцоо орон нутгийн чичиргээ үүсч болно, жишээлбэл, хольцын молекулын дотоод чичиргээ. Энэ тохиолдолд орон нутгийн чичиргээг торны чичиргээтэй холбосоноос үүдэлтэй "хиймэл дагуул" боломжтой нэмэлт шугамууд спектрт гарч ирдэг. IN хагас дамжуулагчзарим хольц нь электронууд устөрөгчтэй төстэй тойрог замд шилжих төвүүдийг үүсгэдэг. Тэдгээр нь хэт улаан туяаны бүсэд шингээлтийн спектрийг өгдөг бөгөөд энэ нь тасралтгүй шингээлтийн зурваст (бохирдлын иончлол) төгсдөг цуврал шугамуудаас бүрддэг. Дамжуулах электронууд болон хагас дамжуулагч дахь нүхнүүд гэрлийг шингээх ба металлуудмөн хэт улаан туяаны бүсээс эхэлдэг (харна уу Металл оптик). Соронзон эмх цэгцтэй талстуудын спектрт магнонууд нь фононтой төстэй байдлаар илэрдэг (Зураг 1-ийг үз). Эргэлтийн долгион).

Тарсан гэрлийн спектрт гэрлийн торны чичиргээтэй харилцан үйлчлэлцсэний улмаас болорын туйлшрал өөрчлөгддөг тул анхны давтамжийн n o шугамын хамт түүний хоёр тал дээр торны чичиргээний давтамжаар шилжсэн шугамууд гарч ирдэг. , энэ нь фонон үүсгэх эсвэл шингээхтэй тохирч байна (харна уу. Раман гэрлийн сарнилт, будаа. 1 ). Акустик торны чичиргээ нь дулааны хэлбэлзэл дээр гэрэл тархах үед тархалтын нягтын хэлбэлзэл дээр тархсанаас болж хажуугийн хиймэл дагуулууд төв (шилжээгүй) Рэйлийн шугамын ойролцоо гарч ирэхэд хүргэдэг (Зураг 1). Гэрлийн тархалт).

Хэт улаан туяаны бүсээс давсан ихэнх металл бус талстууд нь тодорхой давтамжийн мужид тунгалаг байдаг. Фотоны энерги хангалттай өндөр болж, электронуудыг дээд дүүргэсэн валентын зурвасаас болорын дамжуулах зурвасын доод хэсэгт шилжүүлэхэд шингээлт дахин үүснэ. Энэхүү эрчимтэй гэрлийн өөрөө шингээлтийн спектр нь болорын электрон энергийн зурвасын бүтцийг тусгаж, бусад энергийн зурвас хоорондын шилжилтийг "асах" үед харагдахуйц хүрээ рүү улам бүр нэмэгддэг. Өөрийгөө шингээх ирмэгийн байрлал нь хамгийн тохиромжтой талст (гажиггүй) өнгийг тодорхойлдог. Хагас дамжуулагчийн хувьд дотоод шингээлтийн бүсийн урт долгионы хил нь хэт улаан туяаны бүсэд оршдог. ионы талстууд -ойрын хэт ягаан туяаны бүсэд. Электронуудын шууд шилжилтийн зэрэгцээ шууд бус шилжилт нь болорыг шингээхэд хувь нэмэр оруулдаг бөгөөд энэ үед фононууд нэмэлтээр үүсдэг эсвэл шингэдэг. Дамжуулалтын зурвасаас валентын зурваст электрон шилжилтийг рекомбинацын цацраг дагалдаж болно.

Цахилгаан статик таталцлын улмаас дамжуулагч электрон ба нүх нь холбогдох төлөвийг үүсгэдэг - экситон. Экситонуудын спектр нь устөрөгчтэй төстэй цувралаас өргөн хүрээ хүртэл янз бүр байж болно. Өдөөлтийн шингээлтийн шугам нь болорын өөрийн шингээлтийн урт долгионы хил дээр оршдог.Өгүүлбэрүүд нь молекулын талстуудын электрон шингээлтийн спектрийг хариуцдаг. Экситоныг бас мэддэг гэрэлтэх.

Согогийн төвүүдийн орон нутгийн түвшний электрон шилжилтийн энерги нь ихэвчлэн хамгийн тохиромжтой болорын тунгалаг бүсэд ордог бөгөөд үүнээс болж тэд болорын өнгийг ихэвчлэн тодорхойлдог. Жишээлбэл, шүлтийн галидын талстуудад анион дахь электроны өдөөлт үүсдэг сул орон тоо(F өнгөний төв), болорын өвөрмөц өнгөт хүргэдэг. Төрөл бүрийн хольцын ионууд (жишээлбэл, KCl дэх Tl) нь гэрэлтэх төвүүдийг үүсгэдэг. кристаллофосфор. Тэд электрон чичиргээний (чичиргээ) спектрийг өгдөг. Хэрэв согогийн төвд электрон-фононы (чичиргээний) харилцан үйлчлэл сул байвал спектрт эрчимтэй нарийн тэг фонон шугам гарч ирнэ (шугамын оптик аналог). Моссбауэр эффект ), түүний хажууд хольцтой болорын динамикийг тусгасан бүтэцтэй "фонон далавч" байдаг ( будаа. 3 ). Чичиргээний харилцан үйлчлэл нэмэгдэхийн хэрээр тэг фонон шугамын эрчим буурдаг. Хүчтэй чичиргээний холболтын үр дүнд өргөн, бүтэцгүй тууз үүсдэг. Цацрагийн өмнө чичиргээ сулрах үйл явц дахь өдөөх энергийн нэг хэсэг нь болорын бусад хэсэгт тархдаг тул гэрэлтэх зурвасын хамгийн их хэмжээ нь шингээлтийн зурвасын урт долгионы тал дээр байрладаг (Стоксийн дүрэм). Заримдаа гэрлийн квант ялгарах үед төв хэсэгт чичиргээний дэд түвшний тэнцвэрт хуваарилалт хараахан тогтоогдоогүй байгаа бөгөөд "халуун" гэрэлтэх боломжтой байдаг.

Хэрэв болор нь атом эсвэл шилжилтийн ион эсвэл газрын ховор элементийг хольц хэлбэрээр агуулж байвал дуусаагүй f-эсвэл d-бүрхүүлтэй бол атомын түвшнийг талст доторх цахилгаан талбараар хуваахаас үүсэх дэд түвшний хоорондох шилжилтэд тохирох салангид спектрийн шугамыг ажиглаж болно.

СПЕКТРОМЕТР гэдэг нь цахилгаан соронзон спектрийг хэмжих арга, онолын багц юм. цацраг, оптикийн шинжлэх ухаанд бодис, биетүүдийн спектрийн шинж чанарыг судлах. долгионы уртын хүрээ (~1 нм - 1 мм). S. дахь хэмжилтийг ашиглан хийдэг спектрийн төхөөрөмж.